JPH02260525A - Crystalline semiconductor film and its formation method - Google Patents
Crystalline semiconductor film and its formation methodInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は結晶性半導体膜の形成方法に係り、特に、複数
の半導体単結晶を堆積面上にその位置を制御して形成し
、該単結晶同士の接した部分に形成される粒界の位置、
及び、該半導体単結晶の大きさを制御する結晶性半導体
膜の形成方法に関する。Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for forming a crystalline semiconductor film, and in particular, the present invention relates to a method of forming a crystalline semiconductor film, and in particular, to forming a plurality of semiconductor single crystals on a deposition surface by controlling their positions, The position of grain boundaries formed where crystals touch each other,
The present invention also relates to a method for forming a crystalline semiconductor film that controls the size of the semiconductor single crystal.
本発明は、例えば、半導体集積回路、磁気回路等の電子
素子、光素子、磁気素子、圧電素子、或は、表面音響素
子等に利用される結晶性半導体膜の形成方法に適用され
る。The present invention is applied, for example, to a method for forming a crystalline semiconductor film used in electronic devices such as semiconductor integrated circuits, magnetic circuits, optical devices, magnetic devices, piezoelectric devices, surface acoustic devices, and the like.
[従来の技術及び発明が解決しようとしている課題]
絶縁物基板等の下地材料上に半導体単結晶を成長させる
SOI技術の分野においては、例えば、表面材料間の核
形成密度の差による選択核形成に基づいた方法が提案さ
れている(T、Yonehara etal、 (19
87) Ex−tended Abstracts o
f the 19thSSDM、 191)。この結晶
形成方法を第4図を用いて説明する。まず第4図(a)
に示すように核形成密度の小さい表面3を持つ下地材料
1上に、表面3よりも核形成密度の大きい表面をもつ領
域7を一定の直径、一定の間隔で配する。この基体に所
定の結晶形成処理を施すなら、領域7の表面にのみ堆積
物の結晶核9発生し表面3には発生しない(第4図(b
))。そこで領域7の表面を核形成面(S、、L) 、
表面3を非核形成面(S、O,)と呼ぶことにする。核
形成面7に発生した核9をさらに成長させれば結晶粒1
0となり(第4図(c))、核形成面7の領域を越えて
非核形成面3の上にまで成長し、やがて隣の核形成面7
′から成長してきた結晶粒10′と接して粒界12が形
成される。従来この結晶形成方法においては、核形成面
7に非晶質5isNn 、非核形成面3にSiOxを用
い、CVD法によってSL単結晶を複数個形成した例(
上記文献参照)、及、SiO□を非核形成面3とし、集
束イオンビームによりSiイオンを非核形成面3に注入
し核形成面7となる領域を形成し、CVD法によりSL
単結晶を複数個形成した例(1988年第35回応用物
理学関係連合講演会289−M−9)が報告されていた
。[Prior art and problems to be solved by the invention] In the field of SOI technology in which a semiconductor single crystal is grown on a base material such as an insulating substrate, for example, selective nucleation due to a difference in nucleation density between surface materials has been proposed. A method based on T, Yonehara et al. (19
87) Ex-tended Abstracts o
f the 19th SSDM, 191). This crystal formation method will be explained using FIG. 4. First, Figure 4(a)
As shown in FIG. 1, on a base material 1 having a surface 3 having a low nucleation density, regions 7 having a surface having a higher nucleation density than the surface 3 are arranged with a constant diameter and at regular intervals. If this substrate is subjected to a predetermined crystal formation treatment, crystal nuclei 9 of the deposit will be generated only on the surface of the region 7, but not on the surface 3 (Fig. 4 (b)
)). Therefore, the surface of region 7 is the nucleation surface (S,,L),
Surface 3 will be referred to as the non-nucleation surface (S, O,). If the nuclei 9 generated on the nucleation surface 7 are allowed to grow further, crystal grains 1 will be formed.
0 (FIG. 4(c)), grows beyond the region of the nucleation surface 7 and onto the non-nucleation surface 3, and eventually grows on the adjacent nucleation surface 7.
Grain boundaries 12 are formed in contact with crystal grains 10' that have grown from '. Conventionally, in this crystal formation method, amorphous 5isNn is used for the nucleation surface 7, SiOx is used for the non-nucleation surface 3, and a plurality of SL single crystals are formed by the CVD method (
(Refer to the above-mentioned literature), SiO□ is used as the non-nucleation surface 3, Si ions are implanted into the non-nucleation surface 3 using a focused ion beam to form a region that will become the nucleation surface 7, and the SL is formed by CVD.
An example of forming a plurality of single crystals (1988, 35th Applied Physics Conference 289-M-9) was reported.
しかしながら、これらの単結晶をその形成位置を制御し
て形成する結晶形成法により、結晶粒を形成する際に、
前記従来例におけるCVD法のように気相の結晶成長方
法を用いた場合、以下に示すような問題が生じるため、
半導体集積回路、或は、その他の素子の形成に著しい困
難をきたす。However, when forming crystal grains using a crystal formation method that controls the formation position of these single crystals,
When using a vapor phase crystal growth method such as the CVD method in the conventional example, the following problems occur.
This poses significant difficulties in forming semiconductor integrated circuits or other devices.
すなわち、CVD法等の気相結晶成長法により、核形成
面に結晶核を発生させて結晶成長を行なう場合には、基
板に対し水平方向の結晶成長速度(v7)と垂直方向の
結晶成長速度(V、)の比V、/ V、が1に近く粒状
の結晶が形成されてしまい、上面に大きな凹凸が生じ、
得られた結晶上にそのままMoSトランジスタ、ダイオ
ードなどの素子を形成することはできない、素子を形成
するためには、結晶形成処理の後、さらに、エツチング
、或は、ポリッシング等の平坦化工程を導入し、前記結
晶の上部を半分以上削り、平坦な上面を形成する必要が
あり、工程増の問題、及び、平坦化工程に伴い堆積した
結晶と要した堆積時間の損失という問題があった。しか
も、前記平坦化工程に要する技術は、大面積の膜厚の制
御性と表面の平坦性の確保という2点において未だ技術
的に確立していない。In other words, when crystal growth is performed by generating crystal nuclei on the nucleation surface using a vapor phase crystal growth method such as the CVD method, the crystal growth rate in the horizontal direction (v7) and the crystal growth rate in the vertical direction with respect to the substrate are determined. The ratio V,/V, of (V,) is close to 1, and granular crystals are formed, resulting in large irregularities on the top surface.
Elements such as MoS transistors and diodes cannot be directly formed on the obtained crystal. In order to form elements, a planarization process such as etching or polishing must be introduced after the crystal formation process. However, it is necessary to shave off more than half of the upper part of the crystal to form a flat upper surface, resulting in the problem of an increase in process steps and the loss of deposited crystals and required deposition time during the flattening process. Moreover, the technology required for the planarization process has not yet been technically established in two respects: controllability of film thickness over a large area and ensuring surface flatness.
一方、近年、非晶質絶縁物基板等の基体上に、SL等の
非晶質半導体薄膜を数百から数千人程度堆積し、例えば
N3中600℃程度で固相熱アニールすることにより、
前記非晶質半導体薄膜が結晶化し、最大粒径が5μm程
度の多結晶薄膜になるという結晶性半導体薄膜の形成方
法が報告された(T、Noguchi、 H,Haya
shi、 H,0hsin+a、 Po1ysili−
con and Interfaces、 Bosto
n、 1987. Mater。On the other hand, in recent years, several hundred to several thousand amorphous semiconductor thin films such as SL are deposited on a substrate such as an amorphous insulator substrate, and solid state thermal annealing is performed at about 600°C in N3, for example.
A method for forming a crystalline semiconductor thin film has been reported in which the amorphous semiconductor thin film is crystallized to become a polycrystalline thin film with a maximum grain size of about 5 μm (T, Noguchi, H, Haya
shi, H, 0hsin+a, Polysili-
con and Interfaces, Bosto
n, 1987. Mater.
Res、Soc、Sy+++p、Proc、vol、1
06 (Elsevier SciencePubli
shing、 New York 1988) p、2
93) 、この方法により得られる結晶の表面は、非晶
質半導体薄膜表面の平坦さを維持するので、表面を平坦
化処理することな(、平坦な結晶膜を形成することが可
能である。したがって、該多結晶薄膜上にMOSトラン
ジスタやダイオードのような素子を形成することが可能
である。しかしながら、該結晶形成方法においては、結
晶粒径こそ通常のLPCVD法による多結晶シリコン等
に比べ大きいものの、結晶粒界の位置が制御されていな
いために、以下に示すような問題点がある。Res, Soc, Sy+++p, Proc, vol, 1
06 (Elsevier SciencePubli
shing, New York 1988) p, 2
93) Since the surface of the crystal obtained by this method maintains the flatness of the surface of the amorphous semiconductor thin film, it is possible to form a flat crystal film without the need for surface flattening treatment. Therefore, it is possible to form elements such as MOS transistors and diodes on the polycrystalline thin film. However, in this crystal formation method, the crystal grain size is larger than that of polycrystalline silicon etc. produced by the usual LPCVD method. However, since the positions of grain boundaries are not controlled, there are problems as shown below.
例えば、MOSトランジスタにおいては、ゲートの大き
さが結晶粒径と同程度、或は、それ以上になるために、
ゲート部分には粒界が含まれないか、1個、或は、複数
個含まれるかである。これらの粒界が含まれない領域と
、或は、含まれても1つと2つの領域では、電気的特性
は大きく変化するため、MOSトランジスタ或は、その
他の素子において、素子間の特性に大きなばらつきが生
じ、集積回路等を形成する場合、著しい障害となってい
た。For example, in a MOS transistor, the gate size is about the same as or larger than the crystal grain size, so
The gate portion may contain no grain boundaries, one grain boundary, or a plurality of grain boundaries. Electrical characteristics vary greatly between regions that do not include these grain boundaries, or between one and two grain boundaries that do include them, so in MOS transistors or other devices, there may be large changes in characteristics between elements. Variations occur, which poses a significant problem when forming integrated circuits and the like.
従って、本発明の目的は、表面が平坦でしかも結晶粒界
の位置が制御された結晶性半導体膜及びその形成方法を
提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a crystalline semiconductor film having a flat surface and controlled positions of crystal grain boundaries, and a method for forming the same.
[課題を解決するための手段]
本発明に従って、下地材料上に単結晶性の種結晶を配し
、ついで該種結晶を覆うように下地材料上に非晶質半導
体を堆積した後、融点以下の温度で加熱処理することに
より該非晶質半導体を該種結晶より固相で結晶成長させ
ることを特徴とする結晶性半導体膜の形成方法、及び該
方法により得られた結晶性半導体膜が提供される。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, a single-crystalline seed crystal is placed on a base material, and then an amorphous semiconductor is deposited on the base material so as to cover the seed crystal. Provided is a method for forming a crystalline semiconductor film, characterized in that the amorphous semiconductor is grown in a solid phase from the seed crystal by heat treatment at a temperature of , and a crystalline semiconductor film obtained by the method. Ru.
以下、第1図、第2図及び第3図を用いて本発明による
結晶物品及びその形成方法を説明する。Hereinafter, a crystalline article and a method for forming the same according to the present invention will be explained using FIGS. 1, 2, and 3.
(1)下地材料1の表面を非核形成面3とし、或は、下
地材料上に薄膜を堆積し、非核形成面3とする0次に、
核形成面7を単一の種結晶のみが形成されるように十分
微小な大きさにして、非核形成面上の所望の位置に配す
る。ここで、下地材料とは、如何なる材料、如何なる形
状でもさしつかえないが、以後の結晶形成処理に適して
いれば良い0例えば、シリコンウェハ、ガラス基板、石
英基板、ステンレスなど如何なるものでも良い。(1) The surface of the base material 1 is made the non-nucleation surface 3, or a thin film is deposited on the base material to make it the non-nucleation surface 3.
The nucleation surface 7 is made sufficiently small so that only a single seed crystal is formed, and placed at a desired position on the non-nucleation surface. Here, the base material may be any material and any shape as long as it is suitable for the subsequent crystal formation process, such as silicon wafers, glass substrates, quartz substrates, stainless steel, etc.
非核形成面、及び、核形成面は、その表面における核形
成密度に101倍程度の違いがあることが重要である。It is important that the non-nucleation surface and the nucleation surface have a difference of about 101 times in nucleation density on the surface.
シリコンを結晶成長させる場合には、このような材料と
しては、例えば、酸化シリコン(Sin−)、窒化シリ
コン(SiN、)がある。When crystal-growing silicon, such materials include, for example, silicon oxide (Sin-) and silicon nitride (SiN).
5iHiC1t ・HCI ・Haを用いたCVD法に
おイテは、核形成密度は、酸化シリコン、或は、窒化シ
リコンの組成を制御することにより、核形成密度を制御
することが可能である。酸化シリコン、或は、窒化シリ
コンの組成は、化学量論比の膜に対して、シリコンイオ
ン等を注入することにより、表面組成を変化させてもよ
いし、プラズマCVD法等において、導入するガスの比
率を変えることにより、得られる膜の成分組成比を制御
してもよい。酸化シリコンにSlイオンを注入して、核
形成密度を制御した場合を第2°図に、窒化シリコンの
組成を変えて核形成密度を制御した例を第3図に示す、
また、非核形成面、核形成面は、これらの物質に限るこ
となく、堆積物質の核形成密度に十分な差が得られるも
のであればよい。〔第1図(a)]
(2)次に(1)の処理を施した下地材料に、気相の結
晶形成処理を施し、核形成面上にのみ、シリコン等の単
結晶性の単一の核(種結晶)9を形成する。気相の結晶
形成処理としては、熱CVD法やプラズマCVD法、真
空蒸着法の他、選択的に核形成面上にのみ単一の核を形
成できれば如何なる方法であってもさしつかえない。[
第1図(b)]
(3)次に前記下地材料上にシリコン等の非晶質薄膜1
1を堆積する。前記堆積の方法は、前記核形成に熱CV
D法を用いた際には、同じ炉内で反応温度を下げ、導入
ガスを変えることにより、非晶質膜を堆積させてもよい
。或は、通常のCVD法、真空蒸着法、プラズマCVD
法、スパッタリングなどの方法によってもさしつかえな
い。In the CVD method using 5iHiClt.HCI.Ha, the nucleation density can be controlled by controlling the composition of silicon oxide or silicon nitride. The composition of silicon oxide or silicon nitride may be changed by implanting silicon ions or the like into a film with a stoichiometric ratio, or by changing the composition of a gas introduced in a plasma CVD method or the like. The component composition ratio of the resulting film may be controlled by changing the ratio of . Figure 2 shows an example of controlling the nucleation density by implanting Sl ions into silicon oxide, and Figure 3 shows an example of controlling the nucleation density by changing the composition of silicon nitride.
Further, the non-nucleation surface and the nucleation surface are not limited to these materials, and may be any material that can provide a sufficient difference in the nucleation density of the deposited materials. [Figure 1 (a)] (2) Next, the base material subjected to the treatment in (1) is subjected to a gas phase crystal formation treatment, and a single crystal of silicon such as silicon is formed only on the nucleation surface. A nucleus (seed crystal) 9 is formed. As the vapor phase crystal formation treatment, in addition to thermal CVD, plasma CVD, and vacuum evaporation, any method that can selectively form a single nucleus only on the nucleation surface may be used. [
FIG. 1(b)] (3) Next, an amorphous thin film 1 of silicon or the like is placed on the base material.
Deposit 1. The method of deposition includes thermal CVD for the nucleation.
When method D is used, an amorphous film may be deposited by lowering the reaction temperature and changing the introduced gas within the same furnace. Or, ordinary CVD method, vacuum evaporation method, plasma CVD
It is also possible to use a method such as a sputtering method or a sputtering method.
[第1図(C)]
(4)次に加熱処理として固相アニールを施すと前記単
結晶性の単一の核から結晶成長が始まり、前記非晶質薄
膜が前記単結晶性の単一の核の結晶性を受は継いで結晶
化する[第1図(d)]。遂には、下地材料上に配され
た核形成面同志を結ぶ線分の垂直二等分線の付近に結晶
粒界12が形成され、結晶粒界12と結晶粒10の大き
さの制御された多結晶膜となる。[第1図(e)]固相
アニールの温度は、アニール中に前記単一の核以外に前
記非晶質中に不要な核形成が起こらないようにすること
が重要である。[Figure 1 (C)] (4) Next, when solid phase annealing is performed as a heat treatment, crystal growth starts from the single crystalline nucleus, and the amorphous thin film grows from the single crystalline core. It inherits the crystallinity of the nucleus and crystallizes [Fig. 1(d)]. Finally, grain boundaries 12 are formed near the perpendicular bisector of the line segment connecting the nucleation surfaces arranged on the base material, and the sizes of the grain boundaries 12 and the grains 10 are controlled. It becomes a polycrystalline film. [FIG. 1(e)] It is important to set the temperature of solid phase annealing so that no unnecessary nucleation occurs in the amorphous state other than the single nucleation during annealing.
[実施例] 以下、本発明を実施例により説明する。[Example] The present invention will be explained below with reference to Examples.
実施例1
(1)先ず、第5図において石英基板を基体下地材料1
、その表面を非核形成面3とし、その表面にSiH*C
1aとNHsを用いた減圧CVD法により、窒化シリコ
ン膜を500人はど堆積した。次にSLイオンをイオン
注入により加速電圧10keVで2 X I O”cm
−”だけ注入した。このとき、窒化シリコン膜表面はイ
オン注入により、その組成が化学量論比よりもシリコン
過剰になって部り、核形成密度は、石英基板表面よりも
およそ106倍程度高い。次に通常のレジストプロセス
により、このイオン注入した窒化膜5を1辺1.0μm
の正方形でこれが間隔15μmの正方格子点状に配し核
形成面7とし、その他の領域には、石英基板の表面を露
出させるようにバターニング処理した。Example 1 (1) First, as shown in FIG.
, its surface is the non-nucleation surface 3, and SiH*C is formed on the surface.
A silicon nitride film was deposited by 500 people by low pressure CVD using 1a and NHs. Next, SL ions were implanted at an acceleration voltage of 10 keV to 2 × I O”cm.
-" was implanted. At this time, due to the ion implantation, the silicon nitride film surface had a composition with an excess of silicon compared to the stoichiometric ratio, and the nucleation density was approximately 106 times higher than that on the quartz substrate surface. Next, by a normal resist process, this ion-implanted nitride film 5 is formed into a film with a side of 1.0 μm.
These squares were arranged in a square lattice shape with an interval of 15 μm to serve as the nucleation surface 7, and the other areas were patterned to expose the surface of the quartz substrate.
そして、RIE法(反応性イオンエツチング)によりエ
ツチング処理を施し、窒化膜の不要な部分を除去した。Etching treatment was then performed using RIE (reactive ion etching) to remove unnecessary portions of the nitride film.
(2)CVD法によりSi結晶核の形成を行なった。堆
積条件は下記の通りである。(2) Si crystal nuclei were formed by CVD method. The deposition conditions are as follows.
使用ガス(流量比) : SiH*C1i/HCI/H
n ”0、53/1.9/100.0(1/a+in)
基板温度、圧力 : 1000℃、 150Torr
堆積時間 : 5m1n
その結果、格子点状に配した殆ど全ての窒化膜上に粒径
0゜1−0.3μm程度の単結晶性のSi結晶粒9が一
つだけ形成された。Gas used (flow rate ratio): SiH*C1i/HCI/H
n ”0, 53/1.9/100.0 (1/a+in)
Substrate temperature, pressure: 1000℃, 150Torr
Deposition time: 5 m1n As a result, only one single-crystalline Si crystal grain 9 with a grain size of about 0.1 to 0.3 μm was formed on almost all of the nitride film arranged in the form of lattice points.
(3)次に(2)の堆積を行なった反応炉の中で温度を
550℃に下げて、導入原料ガスをSiH4に変えて非
晶質シリコン膜11を500人程堆積した。(3) Next, the temperature was lowered to 550° C. in the reactor in which the deposition in (2) was performed, and the introduced raw material gas was changed to SiH 4 to deposit about 500 amorphous silicon films 11.
(4)前記基体を窒素雰囲気中580℃で、100時間
加熱処理した。この基体を電子顕微鏡で観察した結果、
前記非晶質シリコン膜中では、前記Si結晶粒を種結晶
として、固相結晶成長し、近接する結晶核を結ぶ線分の
垂直二等分線に当たる付近に結晶粒10の結晶粒界12
が形成されていた。(4) The substrate was heat-treated at 580° C. for 100 hours in a nitrogen atmosphere. As a result of observing this substrate with an electron microscope,
In the amorphous silicon film, solid-phase crystal growth occurs using the Si crystal grains as seed crystals, and grain boundaries 12 of the crystal grains 10 are formed in the vicinity of the perpendicular bisector of a line connecting adjacent crystal nuclei.
was formed.
実施例2
(1)先ず、第6図においてSi (100)ウェハ基
板を下地材料1とし、熱酸化法により、膜厚1000人
程度0酸化シリコン膜を形成した。Example 2 (1) First, in FIG. 6, a Si (100) wafer substrate was used as the base material 1, and a zero oxide silicon film with a thickness of about 1000 was formed by thermal oxidation.
次に集束イオンビームにより、酸化シリコン膜表面に直
径0.6μmの微小な領域にSiイオンを加速電圧80
keVで5 X 10 ”cm−”だけ注入した。Sl
イオン注入により膜表面のシリコンと酸素の組成比を化
学量論比よりもシリコン過剰な状態にすると、核形成密
度が高くなることが分かつているが、この場合には、核
形成面7の核形成密度は、非核形成面3にたいして、1
01倍程度であった。Next, using a focused ion beam, Si ions are deposited on the surface of the silicon oxide film in a minute area with a diameter of 0.6 μm at an acceleration voltage of 80 μm.
Only 5×10 “cm−” was injected at keV. Sl
It is known that when the composition ratio of silicon and oxygen on the film surface is made to be in excess of the stoichiometric ratio by ion implantation, the nucleation density increases. The formation density is 1 for the non-nucleation surface 3.
It was about 0.01 times.
(2)CVD法によりSi結晶核の形成を行なった。堆
積条件は下記の通りである。(2) Si crystal nuclei were formed by CVD method. The deposition conditions are as follows.
使用ガス(流量比) : S18mC1*/HCI/H
オ;0、53/1.8/100.0 (1/5in)基
板温度、圧力 71000℃、 150Torr堆積
時間 :10■in
その結果、格子点状に配した殆ど全ての酸化膜上に粒径
0.5−1μm程度の単結晶性のSi結晶粒9が一つだ
け形成された。Gas used (flow rate ratio): S18mC1*/HCI/H
0, 53/1.8/100.0 (1/5in) Substrate temperature, pressure 71000℃, 150Torr Deposition time: 10inch Only one single-crystalline Si crystal grain 9 of about 0.5-1 μm was formed.
(3)スパッタリング法で非晶質Si膜を2000人堆
積した。(3) 2000 amorphous Si films were deposited by sputtering.
(4)前記基体を窒素雰囲気中580℃で、110時間
加熱処理した。この基体を電子顕微鏡で観察した結果、
前記非晶質シリコン膜中では、前記S1結晶粒を種結晶
とし・て、固相結晶成長し、近接する結晶核を結ぶ線分
の垂直二等分線に当たる付近に結晶粒10の結晶粒界1
2が形成されていた。(4) The substrate was heat-treated at 580° C. for 110 hours in a nitrogen atmosphere. As a result of observing this substrate with an electron microscope,
In the amorphous silicon film, solid-phase crystal growth occurs using the S1 crystal grain as a seed crystal, and grain boundaries of crystal grains 10 are formed in the vicinity of the perpendicular bisector of a line connecting adjacent crystal nuclei. 1
2 was formed.
実施例3
(1)先ず、第7図において高融点ガラス基板を下地材
料1とし、その表面にSiH*C1tとNHmを用いた
減圧CVD法により、窒化シリコン膜を500人はど堆
積した0次にSiイオンをイオン注入により加速電圧1
0keVで2 x 10 ”cm−”だけ注入した。こ
のとき、窒化シリコン膜表面はイオン注入により、その
組成が化学量論比よりもシリコン過剰になっており、核
形成密度は、酸化シリコン表面よりもおよそ101倍程
度高い0次にSiH4と03を用いたCVD法により、
酸化シリコン膜(非核形成面となる材料から成る薄膜)
2を1000人堆積した0次に通常のレジストプロセス
により、このイオン注入された窒化膜5を1辺2.0μ
mの正方形でこれが間隔15μmの正方格子点状に配さ
れた核形成面7として露出させ、その他の領域には、酸
化シリコン膜(この表面が非核形成面3)が残るように
バターニング処理した。そして、ウェットエツチング処
理を施し、酸化シリコン膜の不要な部分を除去した。Example 3 (1) First, in Fig. 7, a high melting point glass substrate was used as the base material 1, and a silicon nitride film was deposited on the surface by 500 people by low pressure CVD using SiH*Clt and NHm. By implanting Si ions into the
Only 2 x 10 "cm" was implanted at 0 keV. At this time, due to the ion implantation, the silicon nitride film surface has a composition with an excess of silicon compared to the stoichiometric ratio, and the nucleation density is approximately 101 times higher than that of the silicon oxide surface. By the CVD method used,
Silicon oxide film (thin film made of material that serves as a non-nucleation surface)
This ion-implanted nitride film 5 is formed with a thickness of 2.0 μm on each side using a zero-order normal resist process in which 1,000 layers of nitride film 2 are deposited.
m square, which was exposed as a nucleation surface 7 arranged in the form of square lattice points with an interval of 15 μm, and the other areas were buttered to leave a silicon oxide film (this surface is the non-nucleation surface 3). . Then, wet etching treatment was performed to remove unnecessary portions of the silicon oxide film.
(2)CVD法によりSi結晶核の形成を行なった。堆
積条件は下記の通りである。(2) Si crystal nuclei were formed by CVD method. The deposition conditions are as follows.
使用ガス(流量比) : SiH*C1m/HCI/H
a ”0、53/1.8/100.0 (1/+ll1
n)基板温度、圧力 71000℃、 150Tor
r堆積時間 : 15m1n
その結果、格子点状に配した殆ど全ての窒化膜上に粒径
0.5−1.5μm程度の単結晶性のSt結晶粒が一つ
だけ形成された。Gas used (flow rate ratio): SiH*C1m/HCI/H
a ”0, 53/1.8/100.0 (1/+ll1
n) Substrate temperature, pressure 71000°C, 150 Tor
r Deposition time: 15 m1n As a result, only one single-crystalline St crystal grain with a grain size of approximately 0.5-1.5 μm was formed on almost all of the nitride film arranged in the form of lattice points.
(3)次に超高真空中で電子ビームを用いた真空蒸着に
より非晶質シリコン膜11を2000人程堆堆積た。(3) Next, about 2000 amorphous silicon films 11 were deposited by vacuum evaporation using an electron beam in an ultra-high vacuum.
(4)前記基体を窒素雰囲気中590℃で、120時間
加熱処理した。この基体を電子顕微鏡で観察した結果、
前記非晶質シリコン膜中では、前記S1結晶粒を種結晶
として、固相結晶成長し、近接する結晶核を結ぶ線分の
垂直二等分線に当たる付近に結晶粒10の結晶粒界12
が形成されていた。(4) The substrate was heat-treated at 590° C. for 120 hours in a nitrogen atmosphere. As a result of observing this substrate with an electron microscope,
In the amorphous silicon film, solid-phase crystal growth occurs using the S1 crystal grain as a seed crystal, and grain boundaries 12 of the crystal grains 10 are formed near the perpendicular bisector of a line connecting adjacent crystal nuclei.
was formed.
[発明の効果]
本発明による結晶性半導体薄膜の形成方法によれば、核
形成面に形成された単結晶性の種結晶を起点として、非
晶質半導体膜を固相により、結晶成長させることにより
、粒界位置の制御され、かつ、平坦な表面をもつ結晶性
膜を得られるので、エツチングやポリッシングといった
平坦化処理工程を通す必要がない。さらに、粒界位置が
制御されているので該結晶性薄膜上の粒界を介さない位
置に、モビリティなどの特性がバルク単結晶上と同等な
MOSトランジスタなどの素子を絶縁物などの基体上に
形成でき、さらにいずれの素子も粒界を介さないために
特性のバラツキが小さいので集積回路を構成しても安定
にしかも歩留まりよく動作する。[Effects of the Invention] According to the method for forming a crystalline semiconductor thin film according to the present invention, an amorphous semiconductor film can be crystal-grown in a solid phase using a single-crystalline seed crystal formed on a nucleation surface as a starting point. As a result, a crystalline film with controlled grain boundary positions and a flat surface can be obtained, so there is no need for a flattening process such as etching or polishing. Furthermore, since the grain boundary positions are controlled, elements such as MOS transistors, which have characteristics such as mobility that are equivalent to those on bulk single crystals, are placed on a substrate such as an insulator at positions that do not involve grain boundaries on the crystalline thin film. Further, since none of the elements have grain boundaries, the variation in characteristics is small, so even when an integrated circuit is constructed, it operates stably and with high yield.
第1図(a)〜(e)は本発明の方法による結晶物品の
形成工程を説明する図である。
第2図は酸化シリコンの組成をイオン注入により変化さ
せた際の核形成密度の関係を説明する図である。
第3図は窒化シリコンの組成と核形成密度の関係を説明
する図である。
第4図は従来技術による結晶物品の形成方法を断面図に
より説明する図である。
第5図は実施例1における本発明の方法による結晶物品
の形成工程を証明する図である。
第6図は実施例2における本発明の方法による結晶物品
の形成工程を説明する図である。
第7図は実施例3における本発明の方法による結晶物品
の形成工程を説明する図である。
l :下地材料
2 :非核形成面となる材料から成る薄膜3 :
非核形成面
5.5’ :イオン注入された窒化膜7.7° :核
形成面
9.9° :核(種結晶)
10、10°:結晶粒
:非晶質体
:結晶粒界FIGS. 1(a) to 1(e) are diagrams illustrating the steps of forming a crystalline article by the method of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the nucleation density when the composition of silicon oxide is changed by ion implantation. FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the composition of silicon nitride and the nucleation density. FIG. 4 is a cross-sectional diagram illustrating a method of forming a crystalline article according to the prior art. FIG. 5 is a diagram illustrating the process of forming a crystal article according to the method of the present invention in Example 1. FIG. 6 is a diagram illustrating the process of forming a crystal article according to the method of the present invention in Example 2. FIG. 7 is a diagram illustrating the process of forming a crystal article according to the method of the present invention in Example 3. l: Base material 2: Thin film 3 made of material that will be a non-nucleation surface:
Non-nucleation surface 5.5': Ion-implanted nitride film 7.7°: Nucleation surface 9.9°: Nucleus (seed crystal) 10, 10°: Crystal grain: Amorphous body: Grain boundary
Claims (1)
結晶を覆うように下地材料上に非晶質半導体を堆積した
後、融点以下の温度で加熱処理することにより該非晶質
半導体を該種結晶より固相で結晶成長させることを特徴
とする結晶性半導体膜の形成方法。 2、単結晶性の種結晶は、下地材料表面を覆う非核形成
面上に、気相結晶成長を施したときに単結晶性の種結晶
が形成されるに十分微小な面積の領域の核形成面を配し
た基体に、気相の結晶成長法を施して該核形成面上に形
成された単結晶性の種結晶である請求項1記載の結晶性
半導体膜の形成方法。 3、加熱処理の温度は、種結晶を起点として結晶成長し
得るが、非晶質半導体中に核を発生し得ない温度である
請求項1、2記載の結晶性半導体膜の形成方法。 4、非晶質半導体は、シリコンである請求項1〜3記載
の結晶性半導体膜の形成方法。 5、請求項1〜4の方法により得られた結晶性半導体膜
。[Claims] 1. After placing a single-crystalline seed crystal on a base material and then depositing an amorphous semiconductor on the base material so as to cover the seed crystal, heat treatment is performed at a temperature below the melting point. A method for forming a crystalline semiconductor film, characterized in that the amorphous semiconductor is crystal-grown in a solid phase from the seed crystal. 2. Single-crystalline seed crystals are formed by nucleation in a region small enough to form single-crystalline seed crystals when vapor phase crystal growth is performed on the non-nucleation surface covering the surface of the underlying material. 2. The method of forming a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the seed crystal is a single-crystalline seed crystal formed on the nucleation surface by applying a vapor phase crystal growth method to a substrate having a surface. 3. The method of forming a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the temperature of the heat treatment is such that crystal growth can occur from the seed crystal as a starting point, but no nuclei can be generated in the amorphous semiconductor. 4. The method of forming a crystalline semiconductor film according to any one of claims 1 to 3, wherein the amorphous semiconductor is silicon. 5. A crystalline semiconductor film obtained by the method according to claims 1 to 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8169889A JPH02260525A (en) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | Crystalline semiconductor film and its formation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8169889A JPH02260525A (en) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | Crystalline semiconductor film and its formation method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02260525A true JPH02260525A (en) | 1990-10-23 |
Family
ID=13753596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8169889A Pending JPH02260525A (en) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | Crystalline semiconductor film and its formation method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02260525A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6556427B2 (en) | 2000-03-28 | 2003-04-29 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Solid electrolytic capacitor and method for producing the same |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP8169889A patent/JPH02260525A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6556427B2 (en) | 2000-03-28 | 2003-04-29 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Solid electrolytic capacitor and method for producing the same |
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